研究成果

酸化物絶縁体の界面で室温スピン輸送を達成 -シリコンを凌駕する半導体素材の発掘が進展-


2017年02月14日


     白石誠司 工学研究科教授、大島諒 同博士課程学生らの研究グループは、東京工業大学、ワルター・マイスナー研究所(ドイツ)、大阪市立大学などと共同で、ランタンアルミネート(LaAlO3(LAO))とストロンチウムタイタネート(SrTiO3(STO))という異なる酸化物絶縁体を貼り合わせた境目に現れ、電子が高速で運動できる特殊な「2次元電子系」と呼ばれる系において、室温でスピンを輸送できることを発見しました。

     本研究成果は、2017年2月14日午前1時に英国の学術誌「Nature Materials」電子版に掲載されました。

    研究者からのコメント

    左から、白石教授、大島博士課程学生

    白石:最初のデータが出てから3年半、論文投稿から1年、時代の逆を行くスローな研究でしたがそのプロセスを十分に楽しめました。これからもワクワクできる成果を目指して、アンテナを高く掲げて研究に邁進したく思います。

    大島:学部生から続けてきた研究の成果が無事実り、大変嬉しいです。今後も精進いたします。

    概要

     ランタンアルミネート(LaAlO3(LAO))とストロンチウムタイタネート(SrTiO3(STO))という二つの酸化物は、ともに電気を通さない絶縁体であるにも関わらず、貼り合わせるとその間にのみ電子が高速で運動できる2次元的な層(2次元電子ガス)が現れることが、2004年に発見されました。シリコンには無い特徴を持つ次世代エレクトロニクス材料として応用的にも大きく期待されており、強い関心が寄せられています。基礎物理の面でも超伝導や強磁性などさまざまな興味深い物性が発現することが知られていましたが、スピントロニクスの観点からの機能開拓は遅れており、研究の進展が待たれていました。

     本研究グループは、ランタンアルミネートとストロンチウムタイタネートを貼り合わせた素材を用いて、LAO/STO界面に存在する2次元電子ガスに室温でスピンを注入し、スピンを輸送することに世界で初めて成功しました。酸化物2次元系にスピントロニクス機能を搭載することを可能とした点で大きな意義をもつ研究であり、今後この材料を用いた研究の進展が期待されます。

    図:研究手法

    2DEGが形成されている層の上に強磁性電極としてNiFe(Py)を、スピン輸送信号の計測のために非磁性電極(NM)を一定の距離を離して形成している。NMには白金(Pt)など重い元素を用いる。室温でこのPyに強磁性共鳴と呼ばれる現象を誘起すると、LAO/STO界面の2DEGにスピン角運動量が注入される。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】 http://doi.org/10.1038/nmat4857

    Ryo Ohshima, Yuichiro Ando, Kosuke Matsuzaki, Tomofumi Susaki, MathiasWeiler, Stefan Klingler, Hans Huebl, Eiji Shikoh, Teruya Shinjo, Sebastian T. B. Goennenwein and Masashi Shiraishi. (2017). Strong evidence for d-electron spin transport at room temperature at a LaAlO3/SrTiO3 interface. Nature Materials.


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